ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка позволяет изучить экспериментальную методику получения рабочей характеристики одного из насосов.

Принципиальная гидросхема установки показана на рисунке 4.

 

6 7 8 Рис. 4. Гидравлическая схема установки

 

Испытываемый насос 2 подает жидкость через дроссель 6 в бак насосной станции. Дроссель создает нагрузку насоса и тем самым может изменять давление в гидролинии 3. Это давление измеряется манометром 5. Распределитель 7 служит для подачи масла в мерный бак 8, когда производится замер расхода насоса. Вентиль 9 используется для спуска масла из мерного бака после замера расхода. Предохранительный клапан 4 закрыт, так как на­строен на давление большее, чем настраиваемое дросселем при экспериментах, и предназначен для защиты насоса от перегрузок.

 

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. По чертежам и макетам ознакомиться с конструкцией и принципом работы насосов.

2. Ознакомиться с устройством и органами управления экс­периментальной установки.

3. Включить схему испытания одного из насосов и дроссе­лем б, установить наименьшее давление, фиксируя его по мано­метру 5.

4. Записать показания ваттметра N_BТ и подсчитать потреб­ляемую мощность, учитывая cosφ=0.8 электродвигателя:

N_n = N_вт cosφ.

5. Включить распределитель 7, с помощью мерной трубки и электросекундомера произвести замер расхода насоса.

6. По формулам (1) и (2) определить полезную мощность N_n и КПД η_н насоса.

7. С помощью дросселя 6, постепенно увеличивая давление насоса, аналогично произвести последующие опыты.

8. Данные поместить в таблицы отчета и представить в виде графиков отдельно для каждого типа насоса.

6.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Принцип работы и конструкция шестеренного насоса.

2. Принцип работы и конструкция пластинчатого насоса.

3. Производительность насоса, ее виды; объемный КПД и его зависимость от давления.

4. Мощность насоса, ее виды; механический КПД и его связь с давлением.

5. Поясните принципиальную схему установки и методику проведения экспериментов.

6. Что такое рабочая характеристика насоса; проанализиро­вать рабочие характеристики, полученные по результатам лабо­раторной работы.

Литература:[2, 3, 4].

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОПРИВОДА С ДРОССЕЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение методов дроссельного регулирования.

Исследование гидроприводов возвратно-поступательного движения с разными методами дроссельного регулирования.

ВВЕДЕНИЕ

Скорость любого гидродвигателя пропорциональна расходу жидкости, проходящей через него. Применительно к гидроци­линдру (ГЦ), скорость поршня определяется по формуле

м/с(1)

где Q - расход жидкости, м³/с; F - эффективная площадь поршня ГЦ, м^[1].

Из формулы (1) видно, что настройку движения поршня с оп­ределенной скоростью можно производить только путем измене­ния расхода Q. Для этого применяются два принципиально раз­личных метода: машинное и дроссельное регулирование ско­рости.

При машинном регулировании расход жидкости через ГЦ на­страивается при помощи насоса переменной производительности.

В гидроприводах с дроссельным регулированием применяют­ся насосы постоянной производительности, а расход жидкости через гидроцилиндр регулируется дросселем (типы и конструк­ция дросселей описаны в лабораторной работе № 1).

 

 

Дроссельное регулирование «на входе» (рис. 1, а). Жидкость от насоса постоянной производительности Q_н подается в левую по­лость ГЦ через дроссель ДР с регулируемой площадью проходно­го сечения и реверсивный распределитель Р. При этом поршень ГЦ перемещается вправо со скоростью V, преодолевая рабочую нагрузку R. Жидкость из правой полости вытесняется на слив че рез Р.

Характерной особенностью дроссельного регулирования яв­ляется неравенство Q_н > Q_дp. Избыточный расход Q_н - Q_дp – О_кл отводится в бак через предохранительный клапан ПК, который, работая в переливном режиме, автоматически стабилизирует дав ление Р_н на выходе из насоса (устройство и работа предохрани тельного клапана описаны в лабораторной работе № 1).

В соответствии с уравнением расхода через дроссель (лабораторная работа № I) скорость поршня ГЦ определяется по форму­ле

 

(2)

 

 

где f_др - площадь проходного сечения (щели) дросселя; ∆Р = Р_н – Р₁ - перепад давления на дросселе при условии пренеб режения потерями в гидролинии от выхода дросселя до входа в ГЦ.

При равномерном движении поршня ГЦ существует условие равновесия сил (Р₁ - P₂)'F = R или, если пренебречь потерями давления на сливе (Р₂ = 0), после подстановки значения P₁ в фор­мулу (2), получим зависимость скорости от параметра настройки и рабочей нагрузки

 

 

 

 

(3)

 

Эта зависимость характеризует возможности гидропривода по преодолению рабочей нагрузки R, а также по диапазону регули­рования скорости за счет параметра f_др и называется механиче ской характеристикой.

 

На рис. 1, в показан примерный вид механической характери­стики гидропривода с дроссельным регулированием «на входе», соответствующей выражению (3). Из рис. 1, в видно, что настро­енная скорость поршня ГЦ существенно изменяется при измене­ниях рабочей нагрузки. Это объясняется тем, что при увеличении нагрузки растет давление в гидроцилиндре и за дросселем, пере­пад давления и расход через дроссель уменьшаются, следова­тельно, снижает расход, поступающий в ГЦ, и скорость поршня падает. Скорость поршня будет равна нулю, когда давление, за­трачиваемое на преодоление нагрузки, будет равно давлению в напорной линии на выходе из насоса, которое поддерживается предохранительным клапаном, т. е. нагрузка достигнет макси­мального значения. Вся производительность насоса при этом бу­дет отводиться в бак через предохранительный клапан.

Рис. 1. Схемы дроссельного регулирования скорости гидродвигателя

 

Дроссельное регулирование на «на выходе» (рис. 1, б). В этом случае жидкость от насоса подается в левую полость ГЦ, а ско­рость перемещения поршня определяется расходом жидкости, вытесняемой на слив из правой полости через дроссель. Выраже­ние скорости поршня имеет вид (2). Неравенство Q_н > Q_дp здесь также справедливо, поэтому Р_н = const. Если потерями давления в

гидролиниях пренебречь, то Р₁ = Р_н, давление перед дросселем равно Р₂, а давление после дросселя отсутствует (Р_сл = 0), поэто­му ∆Рдр = Р₂. Так как условие равновесия сил, действующих на поршень, здесь также соблюдается, то при Р₁ = Р_н перепад давле­ния на дросселе определяется выражением

(4)

Подстановка выражения (4) в формулу (2) дает уравнение ме­ханической характеристики метода регулирования «на выходе» в том же виде (3). Таким образом, движущие (тяговые) способно­сти ГЦ при дроссельном регулировании «на входе» и «на выхо­де» одинаковы.

Анализ методов регулирования скорости. Сравнение различ­ных приводов производится по таким показателям, как диапазон регулирования, жесткость механической характеристики, пре­дельная нагрузка, КПД и др. Рассмотренные гидроприводы с по­следовательным дроссельным регулированием скорости имеют следующие недостатки:

• существенную зависимость скорости от изменения внеш­ней нагрузки («мягкая» механическая характеристика), особенно в области высоких скоростей и больших нагрузок;

• низкий КПД дроссельного гидропривода, так как часть (большая при малых скоростях) расхода отводится в бак, а давле­ние насоса является постоянным при любых (даже малых) рабо­чих нагрузках, т. е. мощность на гидродвигателе существенно меньше мощности на насосе.

Несмотря на это, гидроприводы с дроссельным регулировани­ем широко применяются в машинах благодаря конструктивной простоте, надежности и малой стоимости, так как приводы с ма­шинным регулированием, хотя и имеют значительно более высо­кие эксплуатационные показатели, однако их применение огра­ниченно из-за большой стоимости и сложности насоса перемен­ной производительности.

Из двух методов последовательного дроссельного регулиро­вания некоторое преимущество имеет метод «на выходе» по сле­дующим причинам:

• он дает возможность работы привода при знакоперемен­ных рабочих нагрузках;

• метод обеспечивает лучший температурный режим для работы привода, так как масло, нагреваясь при прохождении че­рез дроссель, поступает в бак, где успевает охлаждаться;

• более высокое демпфирование колебаний скорости порш­ня ГЦ, так как дроссель обеспечивает давление подпора в слив ной линии ГЦ.

2. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ НА ДРОССЕЛЕ

Для повышения жесткости механической характеристики нужно обеспечить независимость перепада давления на дросселе от изменений рабочей нагрузки. Для этого применяется гидрав лический аппарат, который называется регулятором потока.

На рис. 2 изображены схемы дроссельного регулирования скорости «на входе» и «на выходе» с использованием регулятора потока типа Г55-2, представляющего собой комбинацию обычно­го дросселя ДР и редукционного клапана РК, стабилизирующего перепад давления на дросселе.

Рассмотрим принцип стабилизации перепада давления на примере схемы с установкой регулятора потока «на входе» (рис. 2, а).

Жидкость от насоса поступает к ДР через дросселирующую кольцевую щель клапана. В результате дросселирования потока происходит некоторое падение давления ∆Р_кл, т. е. Р₁ = Р_н- ∆Р_кл.

Давление перед дросселем Р₁ подается под нижние торцы зо лотника клапана. На верхний торец этого золотника подается давление за дросселем Р₂, величина которого зависит от нагруз­ки, преодолеваемой поршнем ГЦ.

Условие равновесия клапана

(5)

где R_np - сила пружины клапана; F₁ , F₂, F₃ - площади торцов кла­пана.

С учетом того, что F3=F₁+F₂, перепад давления на дросселе из (5)

 

 

Если, например, нагрузка R на поршень ГЦ (рис. 2, а) увели­чилась, то увеличивается давление Р₂, которое, действуя на верх­ний торец золотника клапана РК, приводит к смещению его вниз [см. условие равновесия (5)]. Щель клапана f_кл при этом увеличивается, падение давления на клапане ∆Р_Кл уменьшается, следовательно, давление P₁ увеличивается. Повышение давления Р₁ про исходит до тех пор, пока не будет соблюдаться условие (6).

Рис. 2. Схемы регулирования скорости с помощью регулятора потока Г55

 

При изменении положения золотника происходит изменение силы R_np. Однако в связи с небольшим перемещением золотника (в пределах I мм) и небольшой жесткостью пружины, изменение силы R_пр незначительно. Поэтому перепад давления ∆Р_др также изменяется незначительно и скорость поршня ГЦ остается прак­тически неизменной. Аналогично работает схема с установкой регулятора потока Г55-2 «на выходе» (рис.2, б). На рис. 2, в пока­зана механическая характеристика гидропривода с рассмотрен­ным регулятором. Жесткость этой характеристики значительно выше, чем при дроссельном регулировании скорости простым дросселем (Г77). На рис. 2, г показано условное обозначение ре­гулятора потока.

3. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ (см. новое описание работы)

Гидросхема установки показана на рис. 3. Установка обеспе­чивает возможность исследования методов дроссельного регули­рования «на входе» и «на выходе», с обычным дросселем и регу лятором потока.

Рис. 3. Гидравлическая схема экспериментальной установки

 

Масло от насоса Н (рис. 3) поступает одновременно к распре­делителям PI и Р2. При включении распределителя Р2 в рабочую позицию (левую) схема обеспечивает регулирование скорости ГЦ дроссельным методом «на входе». Распределитель Р4 подключает к схеме или дроссель ДР2, или регулятор потока РП2, обеспечивая возможность регулирования скорости без стабилизации и со стабилизацией перепада давления. При этом левая полость ГЦ соединяется со сливом через распределитель Р2. Реверс ГЦ осу­ществляется при установке распределителя Р2 в правую позицию, остановка - в средней позиции. При реверсе масло без сопротив­ления поступает в левую полость гидроцилиндра, из правой вы­тесняется на слив через обратные клапаны ОКЗ и ОК4 (в зависи­мости от положения распределителя Р4), распределители Р4 и Р2.

Распределители Р1 и РЗ аналогичным образом подключают схему для работы методом дроссельного регулирования «на вы­ходе».

Для создания нагрузки на шток поршня при рабочем ходе к его концу прикреплена пружина, усилие которой пропорцио­нально изменяется по длине хода поршня. Тарировочный график характеристики пружины размещен на передней панели установ­ки.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ (см. новый порядок работы)

1. Подробно ознакомиться с принципом работы и органами управления экспериментальной установки.

2. Включить насосную станцию.

3. Подключить схему для работы в режиме обычного дрос­сельного регулирования «на входе».

4. Установить исходное положение (правое) штока гидроци­линдра.

5. Установить дросселем ДР2 начальное открытие щели.

6. Определить среднюю скорость поршня на различных уча­стках его пути:

а) разбить весь ход поршня на несколько равных участ­ков, пользуясь делениями неподвижной линейки;

б) включая и выключая в нужный момент рабочий ход поршня, при помощи секундомера определить время перемеще­ния поршня на участках.

7. Провести аналогичные опыты, переключив схему на рабо­ту при дроссельном регулировании «на входе» с регулятором потока, а затем «на выходе» с обычным дросселем и регулятором потока.

8. Провести обработку полученных результатов: рассчитать скорости, построить графики механических характеристик, про­анализировать результаты и сделать выводы.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объяснить сущность различных методов дроссельного ре­гулирования скорости.

2. Почему дроссельные методы регулирования обеспечивают «мягкую» механическую характеристику привода?

3. Провести сравнение различных методов дроссельного и машинного регулирования.

4. Объяснить принцип работы регулятора потока.

5. Дать объяснение полученным экспериментальным результатам.

Литература: [1, 2, 5].